基因分型芯片和简化基因组测序的区别是什么？

transposon

大家好，我打算进行GWAS分析， 请教大家：基因分型芯片，或简化基因组（RAD,GBS）用于全基因组SNP分型有什么区别啊？

基迪奥-周煌凯

        这个问题很好，我还是系统回答一下。
一、定义
        要回答这个问题，我们还是需要简单比较一下基因分型芯片和简化基因组两种技术的基本概念和特点。
        基因分型芯片：利用已知的SNP位点侧翼的序列设计探针。探针固定在芯片上后，待测定样本的DNA与芯片杂交并扫描杂交荧光信号，从而鉴定这些探针位点（SNP位点）的基因型。最有代表性的品牌是illumina和affymetrix。
        简化基因组测序：因为全基因组测序相对昂贵，所以使用限制性内切酶富集酶切基因组DNA，从而富集这些酶切位点相关的片段并进行进一步的测序。因为同一个物种的酶切位点还是比较稳定的，所以不同个体检测到的区域基本还是保持一致。也就是说，只对基因组中某种内切酶相关的DNA片段进行测序，从而检测SNP、indel信息。
        
二、两者的区别
        从以上比较，我们可以认为两种技术都是高性价比的大规模基因分型的方法。但最大的不同的是：
        （1）芯片基因分型本质上是对已知SNP多态位点的扫描，来确定样本在这个位点的基因型。那么，我们需要预先知道这个物种的基因组SNPs多态性信息（一般来源大规模重测序），然后筛选SNP设计芯片，才能进行后续的基因分型。打个比方：就是已经知道这个位置有个“坑”了，只是看看坑里到底是沙子还是水。所以芯片只能“分型”，不能“发现”。
        （2）简化基因组测序本质上还是测序，所以哪怕这个物种没有任何已知的SNPs信息，也能使用简化基因组测序进行检测。测序兼顾了“发现”和“分型”的功能。
        
        在价格上，高密度芯片的单价从几百RMB到上千RMB不等，主要取决于定制量、位点密度、拿货渠道等。对于简化基因组测序，单价也是几百RMB到上千RMB，主要取决于样本量和测序量。因为说，两个技术的价格差不多。
        
三、两者适用范围
        那么，是否两个技术就是一种技术压倒性地优于另一种技术呢？
        当然不是。很显然测序公司活得不错，而芯片公司也马马虎虎。Affymetrix低迷几年后，貌似又起死回生了。应该说，两种技术都有其优点和缺点，适用于不同的情况。
        
        （1）对于没有标准化芯片的非模式物种。
        如上文提到的，芯片分型有两个前提：I) 靠谱的SNP数据；II）有厂家生产相应的标准化产品。那么，对于非模式生物，可能这两点都不具备。当然，第一点可能比较容易通过测序获得。例如，选择20~30个代表性的品种进行重测序，就可以获得这个物种具有一定代表性的SNP数据集。那么，有同学就问过我，是否可以考虑利用这些数据设计芯片，从而进行“廉价”的大规模基因分型。但经验告诉我：也不靠谱，廉价不起来。因为定制化芯片有个瓶颈：起定量。
        以illumina的iSelect为例，最低起定量约为1152样本。就是厂家提供的定制芯片的最小包装是可以满足 1152个样本的基因分型。所以，如果你的样本少于这个数量，就是浪费。哪怕样本达到了1152，其实芯片单价还是非常昂贵的。只有芯片定制量非常巨大的时候，均价才会降下来。当然，人、猪牛羊、玉米等模式物种或重要农业物种很容易得到这样的数量。因为全世界的用户数量实在太大了，从而大大降低了厂家的成本。对于非主流的非模式物种，除非成立一个合作联盟下个大订单，不然还是算了。
        
        所以，遇到非主流的无标准化芯片的物种，测序无疑是最佳选择。兼顾了SNP的发现和基因型分型两个功能。
        
        当然，这里我们谈的都是高密度芯片（位点数量在四位数以上）的情况下。如果你仅仅想对几百个以下的位点检测，还是有大量其他技术可以选择的。例如，Fluidigm这样的微流控芯片。
        （2）有标准化芯片的模式物种
        如果你研究的物种是人、猪、牛等这些物种，那么芯片公司的提供的芯片还是不错的选择的。毕竟这些芯片位点都是优化过的，基本是比较均匀地覆盖了相应物种的整个基因组。而且，如果能够找到合适的渠道的话，单个样本的价格都可以控制到1000RMB以下。还有很重要的一点：芯片的数据相对简单，后期数据的基本处理更简单。而测序数据，由于数据量大，后期数据的预处理复杂且需要较多计算资源。
        那么，模式生物中是否抱定标准化芯片呢？也未必。主要还是两点：
        I）芯片密度是否满足你的需求
        一些成熟的模式种，例如人，芯片密度都已经达到了兆级别。但对于某些农业种，芯片密度则还停留在较低的水平。例如：illumina玉米和绵羊的芯片，都停留在50k的密度水平，很久没有优化了。不过也可以理解他们的逻辑，反正芯片和测序仪都是他们家生产的。芯片密度不够？测序啊。哪怕是使用只对基因组一部分进行测序的简化基因组测序，也可以轻松获得几百k数量级的SNP标记。所以，对于芯片密度不够的情况下，测序是芯片很好的替代品。
        “你们不用我家的芯片，而改用测序？没关系，测序仪也是我家生产的。”这大概就是illumina的逻辑。
        I）对一些稀有位点的检测
        由于设计芯片只使用群体中具有普遍性的多态位点，即这些位点都是在群体中高频出现的多态性位点。所以，对一般人群/种群进行普遍性的筛查的时候，没有太大的问题。但如果，我们研究的群体十分特殊（如，研究材料是比较偏的亚种），或研究目标就是低频甚至罕见位点的时候（癌症、家族遗传病），芯片就无能为力了——因为芯片上就没有这些位点的探针啊。
        例如，你研究的是藏猪，那么猪的porcine 60k芯片效果就不会太好。因为芯片上的60k位点都是从常见的品种中筛查得到的，这些位点在藏猪这样的特殊亚种中可能多态性较差。而藏猪群体中普遍的多态性位点，标准化芯片上却没有。那么，这个时候简化基因组测序的效果会优于芯片。测序嘛，我测的是序列，管你SNPs稀有不稀有通通一网打尽。另一个常见的例子，就是人类疾病研究中，例如复杂疾病或家族遗传病，这些突变位点往往是人群中非常稀有的位点，在芯片上也是没有的。这是时候，就需要通过全基因组重测序来扫描发现新的突变（当然也不是简化基因测序组，因为酶切富集无法得到整个基因组的信息）。
        
        总之，基因分型芯片和简化基因组测序，各有优缺点。在具体项目中，应该根据具体情况做选择。随着测序价格不断降低，测序的确会不断侵蚀芯片的市场空间。但芯片依然有其稳定、易标准化、效率高、成本容易控制等优点，在某些需要标准化的领域（例如：医疗诊断领域）有巨大的应用空间。

基迪奥小师妹

超级详细系统的回答！周老师棒棒滴！

自在飞

受教了。

yijiaobani

受教了，十分感谢，弄清楚了一些基本概念

fengqiu

太棒了 学习下

Isoforms

主要就是芯片里面的是已知固定的snp，简化基因组是通过测序得到的snp，得到的snp数量位置不定。

gefei511

收藏

wang yulong

基迪奥-周煌凯 发表于 2016.2.23 18:03
这个问题很好，我还是系统回答一下。
一、定义
        要回答这个问题，我们还是需要简单比较一下 ...

详细 啊  不错  谢谢

chai1986

收藏了 学习

chai1986

看看，很好

朱强龙

学习了，谢谢

zhaojinfeng

没看到发帖人后续反馈啊

daizaozao

好！

XMU-WXW

学习了！！

二手科学家王二

读完周老师的贴，感受到illumina的森森笑意：“反正都是我挣钱”。

zhouzhou

谢谢分享！！

漫漫长路

萨达速度

感谢感谢

Wind

说的非常好，学习了！